论文题目: 湖南省城市与森林的大气湿沉降化学及其作用机理
论文类型: 博士论文
论文专业: 环境工程
作者: 蒋益民
导师: 曾光明,刘鸿亮
关键词: 城市大气污染,酸沉降,森林,土壤改良,湖南省
文献来源: 湖南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 进入20世纪90年代以后，中国的酸雨问题愈演愈烈，而地处中南的湖南则更是受到酸雨污染的严重影响。本文对酸雨污染研究的历史、现状、研究领域和危害等方面进行了简要的阐述。位于中国中南部的湖南省，其城市大气污染更为严重，本文结合湖南省的自然和社会状况，对湖南省大气环境的污染现状、成因进行了分析；对其主要致酸前体物SO2的浓度、排放量的地理分布进行了解析，并且对今后湖南省SO2的排放量和变化规律进行了预测和分析；对湖南省城市大气湿沉降化学及降水pH值的时空特征分布规律进行了论述和研究；以长沙市为例对城市大气污染和酸雨污染进行了研究，对长沙市的主要大气污染物[SO2，NOX（NO2），TSP]的变化规律、时空分布及大气降水中典型离子在长沙市3个监测站点的分布和对当地酸雨形成的作用等方面进行了分析，并且建立模型对今后10年长沙市的大气降水酸度进行了预测。研究结果表明：湖南省的降水为典型的硫酸型降水；湖南省SO2排放强度较大的地区主要分布在湘中和湘西南的工业区，如果不采取及时有效的治理措施，湖南省今后10年的SO2排放量将会持续增加；湖南省城市大气湿沉降化学主要成分以SO42-，NO3-，Ca2+，NH4+为主，它们占到降水总离子量的60％以上；低降水pH值的分布和湖南省的四大水系（湘江、资江、沅江和澧水）的分布相吻合，表明沿水系分布的工业区和生活区排放的大气污染物是造成湖南省部分地区大气环境污染严重的主要原因，这些污染物对当地酸雨和大气污染均有较大影响；对长沙市降水pH值的预测结果显示，其降水在今后10年如果不采取及时有效的措施，降水酸度还有可能进一步酸化。 本文以2001年1月～2002年6月韶山大气降水和森林降水的监测数据为基础，以湖南韶山为研究点，研究了酸性降水中南地区森林冠层和土壤的影响。此研究对韶山的大气降水和森林二维林冠层穿透水的化学成份的分布特征、在酸雨作用下各离子的净沉降及森林地表接收的总酸沉降的变化、森林各个季节的大气干沉降、树冠层总滤出量、盐基离子滤出量以及树冠层对H+和NH4+的摄入量进行了估算和分析。结果表明，大气降水与森林降水的阴离子均以SO42-为主，其浓度分别占到相应的总阴离子的52.87％和48.92％；阳离子以Ca2+为主，其浓度分别占到总阳离子的37.62％和42.81％。森林穿透水中的离子浓度明显增加，增加倍数最高达9.7倍。采用主成份分析方法对大气降水和森林穿透水中的化学组分进行了分析，分析结果表明，大气降水中的两个主要成份占到总方差的92.76％，森林穿透水中的三个主要成份占到总方差的96.70％。来源于树冠层叶中营养离子的洗脱与大气中含钙颗粒物质的Ca2+的净沉降在Canopy层和Sub-canopy层都为湖南省城市与森林的大气湿沉降化学及其作用机理ll:，Mg2+除了在生长季节外，其冠层仍有较明显的滤出现象;K+在Can叩y层树冠的大量的滤出与sub一canopy层的摄入形成明显对比。5042一，No3一，cI一在秋冬两季树冠层均有较强的洗脱现象。总酸沉降结果表明，盐基离子中caZ+在春夏两季沉降量最大，Mg2+的沉降则以秋冬两季的量最高，K十的最大沉降量出现在秋季。大气干沉降成分中以ca2+为主，ca2+的一个主要来源是含钙土壤气溶胶颗粒。树冠层盐基离子总滤出量中ea，+最高，达到180.98 meq/m，·a，Mg，+最低，为61.48meq/m，·a，K+居中，为54.1 3 meq/m，·a。ea，+的大量滤出表明它是树冠层缓冲降水酸度主要介质，同时也表明酸雨对韶山森林的潜在危害，也是本研究中发现与北美和欧洲等地的研究结论所不同的现象。盐基离子的滤出量以冬*春*夏一秋依次递减。树冠层季节摄入NH4十的量在100一1 50 meq/mZ，而对H+的摄入量则在50一340 meq/mZ。对土壤改良的研究结果表明，腐殖酸对土壤中Pb和cd的形态分布受腐殖酸的影响比较大，腐殖酸的添加有望降低土壤中Pb和Cd的生物活性成分的含量，Cu和Zn受腐殖酸的影响比较小，形态分布变化并无规律性。 最后，基于对湖南省酸雨污染的特征和污染物的变化特性等方面的分析和论述，本文提出了解决湖南省酸雨污染的参考性措施:以区域总量控制作为防治酸雨的原则性对策，逐步改善能源结构，研制开发并推广成本较低的脱硫技术和设备，加强环境管理和对环保设施的管理等等。本文的研究对于湖南省城市大气污染和酸雨污染的控制方面具有一定的参考意义。对地处湖南省境内的韶山森林是典型的亚热带森林，同样也受到酸雨污染的作用，本文对韶山森林的研究，其方法和结论对同处于亚热气候带的森林的研究有着借鉴和参考的价值，同时还可以为提高森林生命力，加强森林管理提供必要的依据。关键词:城市大气污染;502;酸沉降;森林;土壤改良;湖南省
论文目录:
摘要
Abstract
插图索引
附表索引
第1章 绪论
1.1 湖南省的自然、社会和经济概况
1.1.1 湖南省自然环境概况
1.1.2 湖南省国民经济与社会发展概况
1.2 酸雨研究
1.2.1 酸雨定义及判别
1.2.2 国内外酸雨研究概况
1.3 酸雨研究领域
1.3.1 酸性物质的发生和发生源的研究对策
1.3.2 酸性物质的发生，迁移和扩散研究
1.3.3 湿沉降和干沉降研究
1.3.4 陆地生态系统的影响
1.3.5 对陆地和水生生态系统的影响
1.3.6 酸性污染物质的生物地球化学行为
1.3.7 对生态系统影响模式研究
1.3.8 生态系统的恢复
1.3.9 对文化遗产及建筑物的影响
1.3.10 分析方法和监测
1.3.11 地域综合研究
1.4 酸沉降对生态系统的危害
1.4.1 对陆地生态系统的危害
1.4.2 对水生生态系统的危害
1.4.3 对材料和古迹等景观的影响
1.4.4 对人体健康的危害
1.5 森林衰退现象的出现
1.5.1 森林衰退产生的原因
1.6 酸雨对树木的伤害机理
1.6.1 酸雨对树木的伤害途径
1.6.2 急性伤害阈值
1.7 论文研究目的、内容和布局
第2章 湖南省SO_2污染现状及排放强度的地理分布及在酸雨形成过程中的作用
2.1 引言
2.2 湖南省SO_2污染现状和浓度污染指数
2.2.1 SO_2浓度的变化规律
2.2.2 评价标准和方法
2.3 湖南省SO_2地理分布特征
2.4 湖南省主要城市大气污染物年均值的变化
2.5 SO_2排放强度的地理分布
2.5.1 SO_2排放量的计算
2.5.2 SO_2排放强度的地理分析
2.6 酸雨与SO_2污染变化趋势预测
2.6.1 能源消耗预测
2.6.2 排放系数预测
2.7 污染物排放预测
2.7.1 GM(1，1)模型建模机理
2.7.2 建立SO_2排放量的预测模型
2.7.3 预测结果
2.8 大气中的SO_2的氧化机理
2.9 大气中SO_2质量传输过程
2.10 结论
第3章 湖南省城市大气湿沉降化学研究
3.1 引言
3.2 研究方法
3.2.1 分析方法
3.2.2 数据处理方法
3.3 降水pH值与酸雨频率分布
3.4 大气降水化学特征分析
3.5 大气降水离子平衡分析
3.6 湖南省主要酸雨城市大气降水的离子组成
3.6.1 大气降水离子量的分布
3.7 离子组成的关联分析
3.7.1 关联分析的基本思想
3.7.2 影响空间和关联分析
3.7.3 关联分析数据的预处理和关联分析方法
3.7.4 关联分析结果
3.8 降水离子的相关性分析
3.9 多元线性回归分析
3.10 结论
第4章 湖南省大气降水酸度的时空分布
4.1 引言
4.2 降水pH值的地理分布
4.2.1 酸雨污染严重地区
4.2.2 酸雨污染较重地区
4.2.3 酸雨污染较轻地区
4.2.4 非酸性降水地区
4.3 降水pH值的时间分布特征
4.3.1 春季分布状况
4.3.2 夏季分布状况
4.3.3 秋季分布状况
4.3.4 冬季分布状况
4.4 湖南省部分城市酸性降水比较
4.4.1 中南部分省份降水pH值比较
4.5 湖南省酸雨的自然和社会因素
4.5.1 酸性降水的自然因素
4.5.2 酸性降水的社会因素
4.6 结论
第5章 湖南省城市大气化学及典型污染物特征分析——以长沙市为例
5.1 引言
5.2 长沙市大气污染现状与污染特征分析
5.2.1 长沙市空气质量现状与‘八五’末期比较
5.2.2 长沙大气污染年际变化
5.2.3 长沙市大气环境污染现状分析
5.2.4 长沙市大气污染物的季节变化
5.3 长沙市大气污染物的空间分布
5.3.1 长沙市大气污染物的聚类分析
5.4 长沙市大气沉降化学及变化特征
5.4.1 大气降水pH值与酸雨频率分析
5.4.2 大气污染物与降水pH值相关性分析
5.4.3 长沙市近10年大气降水离子化学分析
5.4.4 长沙市大气降水主要离子的变化特征
5.4.5 PATS法分析长沙市大气湿沉降化学特征
5.4.6 长沙市近10年大气降水酸度沉积特征分布
5.5 长沙市大气降水中典型化学成分特征分析
5.5.1 长沙市酸雨监测和数据分析
5.5.2 湖南大学站点
5.5.3 市环境监测站
5.5.4 马坡岭站点
5.5.5 自由酸度分析
5.6 长沙市大气降水酸度预测
5.6.1 酸度预测概述
5.6.2 GM(1，1)模型的建立
5.6.3 GM(1，1)模型的应用
5.6.4 模型精度检验
5.6.5 长沙市降水酸度预测
5.7 长沙市酸雨污染综合成因分析
5.7.1 酸雨污染程度与酸雨污染综合防治的政策措施及管理力度密切相关
5.7.2 TSP对典型的硫酸型酸雨的形成起到十分重要的作用
5.7.3 长沙市机动车尾气的影响
5.7.4 长沙市地形地貌和气象条件的影响
5.7.5 土壤类型对长沙酸雨的影响
5.8 结论
第6章 酸雨对森林生态系统的影响及韶山森林冠层影响的研究与设计
6.1 酸沉降对森林生态系统的影响的研究
6.1.1 物质循环及其不平衡研究
6.1.2 对土壤理化性质的影响
6.1.3 土壤Al化学与Al毒研究
6.1.4 森林水化学方面的研究
6.1.5 重金属的活化研究
6.1.6 对植物生长的影响研究
6.1.7 酸沉降和气候变化对森林的影响
6.1.8 模拟酸雨对土壤理化性质和植物体生长的影响
6.1.9 酸沉降影响下土壤风化问题的研究
6.1.10 运用模型对酸化问题的研究
6.1.11 森林土壤人为和自然的酸化
6.1.12 酸沉降临界负荷的研究
6.1.13 酸沉降和其他污染物对植物的联合影响
6.1.14 酸化土壤的恢复研究
6.1.15 酸沉降对森林生态系统影响的研究展望
6.2 韶山森林冠层受酸雨影响的研究方法
6.2.1 研究方法
6.3 研究内容和目的
第7章 韶山大气降水及森林降水离子分布特征
7.1 引言
7.2 韶山森林大气降水离子分布
7.3 森林穿透水离子分布
7.4 韶山降水离子平衡
7.5 韶山降水化学成分相关分析
7.6 主成份特征分析
7.7 韶山降水与中国部分城市降水的比较
7.8 结论
第8章 森林降水化学的变化特征和机理
8.1 引言
8.2 结果与分析
8.2.1 降水pH值的空间变化特征
8.2.2 降水离子特征分析
8.3 讨论
8.3.1 树冠对酸雨的缓冲和拦截作用
8.3.2 酸性降水对林区土壤的敏感性影响
8.3.3 大气降水对穿透水酸度的影响
8.3.4 加速森林生态系统养份损失
8.3.5 导致森林土壤酸化
8.3.6 抑制森林土壤微生物活性
8.3.7 造成森林病虫害猖獗
8.4 结论
第9章 湖南韶山森林复合冠层沉降化学
9.1 引言
9.2 计算方法
9.3 结果与分析
9.3.1 各树冠层的降水pH值、离子浓度
9.3.2 各冠层离子净沉降(P_(NET))
9.3.3 各离子地表总沉降(TD)
9.4 讨论
9.4.1 植物对酸雨和大气污染物的抗性机制
9.5 结论
第10章 酸雨作用下的亚热带森林复合冠层的盐基离子交换
10.1 引言
10.2 计算方法
10.3 结果与分析
10.3.1 降水的pH值和盐基离子浓度
10.3.2 两层树冠中的Ca~(2+)和其它盐基离子的浓度
10.3.3 树冠层盐基离子的总滤出和交换
10.3.4 树冠层H~+和NH_4~+的摄入
10.4 讨论
10.4.1 树冠层缓沖降水酸度机理
10.4.2 NH_4~+的沉降效果
10.4.3 不确定性因素分析
第11章 酸雨对森林土壤的影响及其重金属污染的改良研究
11.1 酸雨对土壤中植物营养元素的淋洗作用
11.2 土壤样品的采集与分析
11.2.1 土壤样品的采集
11.3 土壤样品理化性质分析
11.3.1 土壤的含水率(％)的测定
11.3.2 土壤的饱和含水率(％)的测定
11.3.3 土壤pH值(H_2O)的测定
11.3.4 土壤的密度的测定
11.3.5 土壤的容重的测定
11.3.6 土壤孔隙率的测定
11.3.7 土壤渗透系数的测定
11.3.8 土壤烧失量的测定
11.3.9 土壤有机质含量的测定
11.3.10 阳离子交换量(CEC)的测定
11.4 腐殖质运用于土壤改良的研究
11.4.1 实验用腐殖酸的提取
11.4.2 重金属存在形态的测定
11.4.3 土样的理化性质
11.4.4 腐殖酸对土壤中重金属化学行为的影响
11.4.5 对污染的短期效应和长期效应的影响
11.5 结论
第12章 湖南省酸雨污染的防治措施
12.1 引言
12.2 湖南省酸雨的综合防治对策与措施
12.2.1 采取可行的酸雨和二氧化硫防治工程措施
12.2.2 强化环境管理
12.2.3 推行有效的经济决策
12.3 结论
结论与建议
参考文献
致谢
附录A (攻读学位期间所发表的学术论文目录)
附录B (攻读学位期间所出版的学术著作)
附录C (攻读学位期间所主持或参加的课题)
附录D (附图)
附录E (SCI与EI的收录证明材料)
发布时间: 2005-04-04
参考文献
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